[發明專利]一種鈉離子電池負極的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201710069960.7
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106876702B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 邱介山;肖南;王玉偉;郝明遠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本

本發明涉及納米材料生產技術領域，一種鈉離子電池負極用煤瀝青樹脂基無定形碳包覆少層二硫化鉬納米盒子的制備方法及應用。制備方法包括以下過程：將氯化鈉飽和水溶液逐滴加入無水乙醇中，抽濾后干燥濾餅制得氯化鈉模板，將煤瀝青樹脂、四硫代鉬酸銨、造孔劑聚甲基丙烯酸甲酯及氯化鈉模板按一定比例加入到氮甲基吡咯烷酮中，攪拌加熱蒸干溶劑進行碳化處理，冷卻至室溫取出，采用去離子水洗滌氯化鈉模板，干燥后得到目標材料并具體應用于鈉離子電池中。本發明優點是：使用的碳源和造孔劑來源廣泛、價格低廉；氯化鈉模板和氮甲基吡咯烷酮溶劑可以循環使用，成本低；目標材料作為鈉離子電池負極材料表現出較高的可逆儲鈉容量和較好的倍率性能。

技術領域

本發明渉及一種鈉離子電池負極用煤瀝青樹脂基無定形碳包覆少層二硫化鉬納米盒子的制備方法及應用，屬于納米材料生產技術領域。

背景技術

電能是維持人類社會運行和發展的關鍵能源，而電能的利用過程中需要大量的儲能器件。鋰離子電池具備高電壓、高能量密度和長循環壽命等優異性能，在日常生活中得到了廣泛應用。但是鋰資源在地殼中含量有限且分布不均，在不考慮回收的情況下，已探明鋰資源儲量僅能滿足人類未來幾十年的需求。因而要把鋰離子電池作為大規模儲能設備使用，仍然存在一些難以克服的問題。考慮到鈉與鋰具有相似的物理化學性質和相似的儲存機制，且在自然界中儲量豐富、原材料成本低廉，鈉離子電池用于大規模儲能系統具有巨大潛力。

電極材料是鈉離子電池技術中的關鍵問題，就負極材料而言，新型鈉離子電池主要采用無定形碳、金屬硫化物、錫、銻等。其中無定形碳具有導電性好、結構易于調控、成本低、循環穩定性好等優點，但其儲鈉比容量有限。層狀金屬硫化物具有較高的比容量，但是導電性差，且循環過程中體積變化明顯，容量衰減迅速。Xie X [Xie X, Makaryan T, ZhaoM, et al. MoS₂ Nanosheets Vertically Aligned on Carbon Paper: A FreestandingElectrode for Highly Reversible Sodium‐Ion Batteries [J]. Advanced EnergyMaterials, 2015, DOI: 10.1002/aenm.201502161]將二硫化鉬納米片垂直生長在碳紙上制備了碳/二硫化鉬復合材料，但是由于二硫化鉬納米片未被碳基體包覆，且納米片為多層結構等原因，材料的比容量和倍率性能仍然不夠理想。碳包覆少層二硫化鉬結構可明顯抑制充放電過程中的體積變化，同時碳基底保證了復合材料良好的導電性，有望獲得比容量高、循環穩定性好的鈉離子電池負極材料。

碳基復合材料的微觀形貌和結構會影響材料與電解液接觸面積、鈉離子擴散路徑等，最終影響材料電化學性能。納米盒子是由二維納米片組裝而成的納米結構，具有與電解液接觸面積大，鈉離子傳輸路徑短等優點，有望制備高性能電極材料。傳統碳基納米盒子以三氧化二鐵納米顆粒等為模板，碳化后需要酸洗去除模板，制備工藝復雜且易污染環境，不利于規模化生產。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種鈉離子電池負極用煤瀝青樹脂基無定形碳包覆少層二硫化鉬納米盒子的制備方法及應用。該制備方法制備過程簡單，原料來源豐富，所制備的復合材料用作鈉離子電池負極具有比容量高，倍率性能好和循環性能優異等優點。

為了實現上述發明目的，解決已有技術中所存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種鈉離子電池負極用煤瀝青樹脂基無定形碳包覆少層二硫化鉬納米盒子的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、室溫下，將氯化鈉飽和水溶液逐滴加入無水乙醇中，抽濾后干燥濾餅制得氯化鈉模板，所述氯化鈉飽和水溶液與無水乙醇質量比為1:5-30，濾餅干燥溫度控制在80-120 ^oC，干燥時間控制在2-10 h；